抽水蓄能电站水力 机械系统自激振动特性研究

针对部分抽水蓄能电站运行过程中出现的水力-机械振动以及运行不稳定现象，从水力阻抗的角度研究可逆式机组可能产生自激振动的判别条件以及相应的不稳定区域。应用非线性振动理论，分析抽水蓄能电站产生自激振动时的幅频特性。结合具体算例，考虑可逆式机组在不稳定区域(“S”形特性区)运行时，进行水力-机械系统的自由振动分析，在全频域范围内分析系统的振动特性，得出相应衰减因子为正的振动模式，同时结合特征线法在时域内进行自激振动分析，给出相应的振动曲线。研究结果表明抽水蓄能电站自激振动由多个衰减因子为正的振动模式叠加而成，其最大幅值与理论分析一致。     

抽水蓄能电站管道水力振动在围岩中的传播规律研究

针对抽水蓄能电站运行引发的场地振动问题,以某抽水蓄能电站为例,建立“水力荷载-管道-围岩”有限元-无限元耦合模型,研究抽水蓄能电站管道水力振动在围岩中的传播规律,为减振提供技术支撑。首先基于水力振动理论、传递矩阵法和水力阻抗法建立抽水蓄能电站管道水力脉动荷载计算方法;然后采用耦合模型系统分析了弹性模量、阻尼、机组运行状态等变化对管道水力振动在围岩中传播的影响,并给出减振措施。计算结果表明：随着岩石弹性模量的增大,管道水力振动在围岩中衰减速率变慢,由管道水力振动引起的场地振动增大。当围岩阻尼比从0.02增大到0.30时,管道水力振动引起地表的振动强度不断减小。阻尼比从0.02增加到0.10时,地表振动强度衰减了85%~97%;阻尼比从0.20增大到0.30时,地表振动强度衰减了0.1%~1.0%,变化比较平缓。对于该抽水蓄能电站,当运行更多机组时,引发的地表振动更大,且该电站在抽水运行时较发电运行时引发的场地振动强度更大。     

抽水蓄能电站水力自激振动保护设计策略研究与应用

抽水蓄能电站机组通常具有高转速、高水头、大容量的特点,进水球阀设置在引水高压叉管与蜗壳之间,起到为机组检修提供安全条件、紧急情况下截断上库水源防止机组飞逸事故发生的重要作用,但当工作密封投入不严或工作密封投入、退出腔有串压等情况时易引起水力自激振动,此时球阀前压力钢管压力呈振幅逐渐增大的周期性波动,最大水压可达两倍静水压力,严重威胁着同一引水隧道内球阀、引水管道及其连接部件的安全运行。为探寻产生水力自激振动的要素,降低水力自激振动发生概率,快速消除自激振动现象,保障蓄能机组的安全稳定运行,本文结合发生水力自激振动原因、现象,从设置监测信号、设置保护逻辑、设置应急处置按钮3方面,来分析和探讨水力自激振动设计策略,并以BQ电站为实例具体说明保护如何设置,在得到实践证明的同时,以期在国内外水电站水力自激振动保护设计、改造中得到推广应用。     

可逆式机组导叶和进水球阀协联关闭规律研究

可逆式机组水力过渡过程分析与控制是保证抽水蓄能电站安全稳定运行的主要因素。本文以清远抽水蓄能电站导叶关闭规律和进水球阀协联关闭规律的研究为例,基于数值模拟研究机组导叶和进水球阀关闭规律对抽水蓄能机组水轮机工况水力过渡过程的影响,同时结合现场试验数据进行验证分析,模拟可逆式机组及其水力机械系统的水力过渡过程。结果表明:为使抽水蓄能机组调保参数满足要求,应选择合适的导叶关闭时间和关闭规律;进水球阀折线关闭比传统直线关闭更有利于改善抽水蓄能机组水力过渡过程;机组导叶正常关闭时,调保参数比导叶拒动更能满足控制要求。     

抽水蓄能电站水力自激振动及预控处置

阐述福建某抽水蓄能电站一起引水系统水力自激振动事件,水力自激振事件的现场处置、故障分析以及预控措施;简介湖北某抽水蓄能电站机组水力自激振保护自动处置流程完善方案,可为互鉴。     

抽水蓄能电站过渡过程特性及调节控制研究综述

简要介绍水力机组过渡过程特性及阀调节理论研究概况和进展 ,针对抽水蓄能电站的特点 ,重点分析和讨论了可逆式水泵水轮机全特性曲线的处理方法和机组导叶运行规律的优化问题 ,对各种优化导叶运行规律方法进行了比较评价 ,并就抽水蓄能电站工况调节过渡过程问题提出了研究方向和目标 .     

抽水蓄能电站发电调相运行至发电运行控制策略

抽水蓄能电站一般都具有同步调相运行的能力,但抽水蓄能机组的全特性曲线上却有一个不稳定区,容易引起工况转换失败,且在快速转换时,机组将产生有害的起始逆功率,进而产生有害的电网电压和频率下降.文中根据抽水蓄能机组的水力特性,对机组控制流程进行研究和优化,以尽可能避开运行不稳定区域,提高机组运行的稳定性,并减少逆功率.     

羊湖电站明压力钢管振动测试及分析

通过对羊湖抽水蓄能电站的压力钢管的理论分析，原型测振和成果分析，查明了电站在机组单台抽水和发电运行时产生的干扰振源和钢管的运行振动特性，并对压力钢管的振动进行了分析。明确了钢管振动程度，为设计是否对某些管段采取减振措施提供了依据。     

大型混流可逆式机组“S”形特性的现场测试

“S”形特性影响到混流可逆式机组的空载并网、调相以及紧急停机等操作,对机组的安全、稳定运行非常重要.通过现场测试对宝泉抽水蓄能电站1号机组的“S”形特性进行了研究,获得了机组进入不稳定“S”区后的三导(上导、下导、水导)摆度、上下机架振动以及内部测点压力脉动的幅值及频谱特性,为深入认识混流可逆式机组的“S”形特性提供了依据.     

抽水蓄能电站导叶开启规律分析

河南宝泉抽水蓄能电站首台机组在调试过程中,结合机组模型试验报告,进行了高水头下水泵水轮机非同步导叶的开启规律特性试验,并深入的进行了机组振动、摆度等稳定性剖析,对于抽水蓄能电站的机组在"S"不稳定区域的控制规律进行了重要的研究。     

平板闸门垂向自激振动数学模型研究

在分析前人实验结论和平板闸门自激振动机理的基础上,将结构—尾流振子模型应用到闸门垂向自激振动的研究中,振子模型采用von der por方程,在结构的控制方程中合理地加入了附加质量项。通过确定模型其他参数并对模型进行计算得到闸门稳定自激振动（共振区）下的垂向振动峰值和频率比。计算值和实测值能较好地吻合,从而实现了影响闸门自激振动参数的整合及对闸门自激振动的定量研究,为进一步深入分析闸门自激振动的机理提供了更加可靠的依据。     

李家峡水电站机组开停机过程非平稳振动信号的小波分析

基于李家峡水电站双排机组振动的现场试验研究，并且针对传统频谱分析方法傅立叶变换（FFT）对于非平稳信号已力不从心这一缺陷，利用小波分析方法在时域和频域上同时具有良好的局部化性质，通过对开停机这一典型非平稳过程信号进行小波及小波包分析，将其分解到不同频带内，获取微弱信息和提取优势频率，并对其作振源分析，得出开停机初始时刻因水流不稳均出现强烈的振动现象，且低频段信号能量最大，开停机过程水流脉动压力和尾水涡带摆动是引起定子基础振动的主要原因。同时也证明了小波是处理非平稳信号的最有力的工具。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF CHARACTERISTIC FREQUENCY IN UNSTEADY HYDRAULIC BEHAVIOUR OF A LARGE HYDRAULIC TURBINE

The features of unsteady flow such as pressure variation and fluctuation in a large hydraulic turbine usually lead to the instability of operation.This article reports the recent in site investigation concerning the characteristic frequencies in pressure fluctuation,shaft torsional oscillation and structural vibration of a prototype 700 MW Francis turbine unit.The investigation was carried out for a wide load range of 200 MW-700 MW in the condition of water head 57 m-90 m.An extensive analysis of both time-history and frequency data of these unsteady hydraulic behaviours was conducted.It was observed that the pressure fluctuation in a draft tube is stronger than that in upstream flow passage.The low frequency with about one third of rotation frequency is dominative for the pressure fluctuation in part load range.Also the unsteady features of vibration of head cover and torsional oscillation of shaft exhibited the similar features.Numerical analysis showed that the vibration and oscillation are caused by vortex rope in the draft tube.In addition,a strong vibration with special characteristic frequency was observed for the head cover in middle load range.The pressure fluctuation in the draft tube with the same frequency was also recorded.Because this special vibration has appeared in the designed normal running condition,it should be avoided by carefully allocating power load in the future operation.     

柔性管自激振动减阻效果的实验研究

在实验确认柔性管紊流减阻效果的基础上,采用双重管结构,对柔性管的自激振动减阻效果进行了实验研究。结果表明:管的壁厚越小自激振动的减阻率越大;在雷诺数约为2.2×104时,壁厚为2 mm,3 mm及4 mm的柔性管自激振动减阻率依次约为13%,10%,8%。     

某水电站闸门振动响应检测及评价

利用标准振源对振动加速度信号在频域进行滤波并积分后求得振动位移的方法进行验证,确认了方法的可行性与可靠性。对某闸门进行了振动加速度、位移和动应力等振动响应测试,测试部位振动加速度均小于3 m/s 2,振动位移小于0.25 mm,动态应力小于153.2 MPa,闸门起升初始阶段振动位移最大值超过相关要求。结合加速度、位移和动应力给出闸门的振动评价。     

Efficient design and operation of a data acquisition system for pressurized pipeline systems.

The unsteady flow analysis of pipeline systems provides useful guidelines for implementing data acquisition components such as data filtering ranges, sensor locations and sampling frequencies. A theoretical integration among hydraulics, free vibration analysis and signal processing is proposed for a comprehensive approach aiming at enhanced design and operation of data acquisition system. Transient analysis is performed to extract flow variation by a valve modulation in a pipeline system. Frequency transformation analysis is developed to convert pressure variations between time domain and frequency domain. Free vibration analysis provides spatial distribution of impedance characteristics and pressure variation for determining optimum sensor location. A real-time filter can be designed to secure valid signals of any particular unsteady event. Hypothetical and experimental applications show that the proposed method has potentials of the leakage detection of a pipeline system as well as an efficient design of data acquisition system.     

高耸升船机塔柱结构抗风数值风洞模拟

利用数值风洞模型技术,采用原始不可压缩黏性流体N-S方程描述风场的运动,建立合适的计算域边界条件,基于ADINA有限元分析软件,提出了一种高耸升船机塔柱结构抗风分析方法,并通过算例验证了该方法的正确性和有效性;结合工程实例,分析了升船机塔柱结构的风致响应,求得升船机塔柱结构风载体型系数,推导了升船机塔柱结构顺风向风振系数表达式,并与规范值进行了对比。数值模拟结果表明:高耸升船机塔柱结构顺风向最大位移出现在其迎风面顶部附近;数值风洞模型计算得到的升船机塔柱结构风载体型系数大于规范值;对于顺风向风振系数而言,在结构高度90 m以上区域规范值都偏小。     

框架结构内环境振动波传播规律研究

以实测环境振动波作为输入波,采用有限元方法,以加速度作为指标,在时域和频域内深入研究各种振动波在框架结构内的传播规律。研究结果表明:环境振动波和地震波的主要频谱范围存在明显差异,环境振动波相互之间的频谱分布范围也有较大不同;由于输入振动波主要频率范围的不同,加速度在楼层间的传播特点不尽相同;振级在楼层间的分布特点与加速度峰值有不同;存在一个结构高宽比使得分析结构的竖向加速度峰值响应最大。     

预应力圆弧曲梁振动微分方程推导及求解

曲梁的动力特性是曲梁结构设计所关注的重要内容。为了研究预应力圆弧曲梁的振动特性,以振动状态下的预应力圆弧曲梁微段为研究对象,考虑预加力对微段弯矩的影响,根据达朗贝尔原理推导了预应力圆弧曲线梁的振动微分方程并对方程进行求解。导出了预应力简支圆弧曲梁面内振动的一阶自振频率解析式。通过有限元数值解与本文解析解的比较,验证了所提出解析公式的正确性。